KR20170095977A - 고강도 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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요시히코 오노
요시마사 후나카와
카즈마 모리
레이코 스기하라
켄지 가와무라
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Abstract

인장 강도 980㎫ 이상의 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그의 제조 방법을 제공한다.
특정의 성분 조성을 갖고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 면적률로, 페라이트상을 30％ 이상, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상을 40∼65％, 시멘타이트를 5％ 이하 함유하는 조직을 갖고, 표면으로부터 두께 방향으로 50㎛까지의 영역인 표층에 있어서, 면적률로, 페라이트상을 40∼55％ 함유하고, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상을 합계로 20％ 이하로 하고, 인장 강도가 980㎫ 이상인 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판으로 한다.

Description

고강도 강판 및 그의 제조 방법{HIGH-STRENGTH STEEL SHEET AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은, 인장 강도 980㎫ 이상의 굽힘 가공성(bending workability)이 우수한 고강도 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 고강도 강판은, 자동차 부품 등의 소재로서 적합하게 이용할 수 있다.
최근, 지구 환경 보전의 관점에서 CO2 등의 배기 가스를 저감화하는 시도가 진행되고 있다. 자동차 산업에서는 차체를 경량화하여 연비를 향상시킴으로써, 배기 가스량을 저하시키는 대책이 도모되고 있다.
차체 경량화의 수법의 하나로서, 자동차에 사용되어 있는 강판을 고강도화함으로써 판두께를 박육화하는 수법을 들 수 있다. 이 수법의 문제점으로서, 강판의 고강도화와 함께 굽힘 가공성이 저하되는 것이 알려져 있다. 그래서, 고강도와 굽힘 가공성을 양립하는 강판이 요구되고 있다.
고강도 강판의 강도 레벨의 상승과 함께, 제품 내에서의 기계적 성질의 불균일은 커지는 경향이 있고, 기계적 성질의 불균일이 커지면, 제품 내의 굽힘 가공성의 불균일도 커진다. 제품 내의 굽힘 가공성의 불균일이 커지지 않는 것은 중요하고, 예를 들면, 굽힘 가공 부위가 다수 있는 폼 성형(form molding)으로 부품을 제작할 때에는, 제품 내에서의 굽힘 가공성의 안정성이 부품 수율 향상의 관점에서 요구되고 있다. 여기에서, 「제품」이란 고강도 강판을 의미한다. 따라서, 「제품 내에서의 기계적 성질의 불균일」이란, 굽힘 가공성의 측정 개소가 상이한 경우에, 측정 결과에 불균일을 발생시키는 것을 의미한다. 그리고, 여기에서 문제가 되는 것은, 제품인 강판의 폭 방향에 있어서의 불균일이다.
이러한 요구에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 굽힘 가공성이 우수한 고비례한(高比例限;high-proportion-limit) 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특정의 성분 조성의 강판에 냉간 압연을 실시하고, 추가로 재결정 온도 이하의 특정의 온도 범위에서 어닐링을 행함으로써, 과도한 회복을 억제하면서 전위의 재배열을 발생시켜, 비례한의 향상과 함께 굽힘 가공성도 동시에 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 있어서, 굽힘 가공성은 90° V 굽힘 시험으로 평가하고 있다. 그러나, 특허문헌 1에서는, 평가 위치에 관해서는 조금도 고려되어 있지 않은 점에서, 굽힘 가공성의 안정성에 대해서는 특허문헌 1에서 개선되어 있지 않다고 말할 수 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 냉간 압연 후에 배치식 어닐링로(batch annealing furnace)에 의한 장시간 어닐링이 필수이고, 연속 어닐링과 비교하여 생산성이 뒤떨어진다는 문제가 있다.
특허문헌 2에는, 굽힘 가공성과 내천공성(drilling resistance)이 우수한 강판이 개시되어 있다. 구체적으로는, 강판을 압연 후 급랭, 혹은 압연 종료 후에 재가열하여 급랭하는 등의 방법으로, 마르텐사이트 주체 조직 또는 마르텐사이트와 하부 베이나이트의 혼합 조직으로 하고, C 함유량 범위에서 Mn/C의 값을 일정값으로 함으로써 굽힘 가공성을 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에 있어서, 굽힘 가공성은 압곡법(press bending method)에 의해 평가되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에서는 평가 위치에 관해서는 조금도 고려되어 있지 않은 점에서, 특허문헌 2에서는 굽힘 가공성의 안정성에 대해서는 개선되어 있지 않다고 말할 수 있다. 또한, 특허문헌 2에는 브리넬 경도(Brinell hardness)의 규정이 있기는 하지만 인장 강도에 관해서는 개시되어 있지 않다.
특허문헌 3에는, 굽힘성이 우수한 고장력 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특정의 성분 조성을 갖는 강을 가열하고, 조압연(rough rolling)한 후, 1050℃ 이하에서 개시하고, Ar3점∼Ar3＋100℃에서 완료하는 열간 마무리 압연을 실시한 후, 20℃/초 이하의 냉각 속도로 냉각하여 600℃ 이상에서 권취하고, 산 세정, 50∼70％의 압하율의 냉간 압연을 행하고, (α＋γ) 2상역에서 30∼90초 어닐링하고, 550℃까지를 5℃/초 이상으로 냉각함으로써, 압연 방향 굽힘, 폭 방향 굽힘 및 45° 방향 굽힘에 있어서, 모두 밀착 굽힘이 양호한 강판을 얻는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 3에서는, 굽힘 가공성을 밀착 굽힘에 의해 평가하고 있다. 그러나, 특허문헌 3에서는, 평가 위치에 관해서는 조금도 고려되어 있지 않은 점에서, 굽힘 가공성의 안정성에 대해서는 특허문헌 3에서 개선되어 있지 않다고 말할 수 있다. 또한, 특허문헌 3에서는, 인장 특성을 인장 시험에 의해 평가하고 있지만, 980㎫ 미만의 강도이고, 자동차용으로 사용되는 고강도 강판으로서는 강도가 충분하다고는 말할 수 없다.
일본공개특허공보 2010-138444호 일본공개특허공보 2007-231395호 일본공개특허공보 2001-335890호
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 인장 강도 980㎫ 이상의, 제품 내의 굽힘 가공성이 안정적으로 우수한 고강도 강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 강판의 성분 조성 및 조직(금속 조직)의 관점에서 예의 검토를 진행시켰다. 그 결과, 성분 조성을 적정 범위로 조정하고, 금속 조직을 적절히 제어하는 것이, 상기 과제를 해결하는데 있어서 매우 중요한 것을 발견했다.
양호한 굽힘 가공성을 얻기 위한 금속 조직으로서는, 페라이트상과 마르텐사이트상 또는 베이나이트상의 2상을 포함하는 복합 조직으로 할 필요가 있다. 이 복합 조직은 어닐링 후에 강판을 소정의 온도로 냉각함으로써 얻어진다. 그런데, 상기 복합 조직을 얻기 위한 어닐링 중 또는 냉각 중의 분위기에 의해, 강판 표층의 B(붕소) 함유량이 저하되고, 표층의 ??칭성(hardenability)이 저하되어 표층의 페라이트상의 면적률이 증가한다. 이 페라이트상의 면적률의 증가에 의해, 오스테나이트 중에 C가 농화하고, 표층에 경질인 마르텐사이트상 및/또는 베이나이트상이 생성되는 일이 있다. 표층의 조직이 페라이트와 경질인 마르텐사이트상 및/또는 베이나이트상의 복합 조직이 되면, 페라이트와 마르텐사이트상이나 베이나이트상의 경도차가 크기 때문에, 제품 내에서 안정적으로 높은 굽힘 가공성이 얻어지지 않는다. 또한 표층에 입경이 큰 마르텐사이트상 및/또는 베이나이트상이 존재하면, 마르텐사이트상 및/또는 베이나이트상과 페라이트의 계면에서 보이드(void)가 발생하기 쉬워지고, 굽힘 가공과 함께 보이드가 연결되어, 굽힘 가공성이 열화하는 일이 있다. 또한, 표층(강판 표층, 판두께 표층이라고 기재되는 경우도 있음)이란, 표면으로부터 판두께 방향으로 50㎛까지의 영역을 의미한다.
이에 대하여, 본 발명자들은, 전술한 바와 같이 강판의 성분 조성(특히 Sb 첨가량이 중요) 및 조직을 규정함으로써, 인장 강도가 980㎫ 이상이면서, 제품 내에서 안정적으로 양호한 굽힘 가공성을 갖는 강판이 되는 것을 발견했다. 즉, 조직으로서 페라이트상의 면적률을 규정함으로써 강도, 연성을 확보하고, 제2 상으로서, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상과 시멘타이트의 면적률을 적절히 제어함으로써 강도와 굽힘성을 확보했다. 또한, 표층의 페라이트상의 면적률 및 마르텐사이트상 및/또는 베이나이트상의 입경과 면적률을 적절히 제어함으로써, 제품 내에서 안정적으로 높은 굽힘 가공성을 얻는 것을 가능하게 했다.
본 발명은 상기 인식에 기초하는 것으로, 특징은 이하와 같다.
[1] 질량％로, C: 0.070∼0.100％, Si: 0.30∼0.70％, Mn: 2.20∼2.80％, P: 0.025％ 이하, S: 0.0020％ 이하, Al: 0.020∼0.060％, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010∼0.060％, Ti: 0.010∼0.030％, B: 0.0005∼0.0030％, Ca: 0.0015％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 면적률로, 페라이트상을 30％ 이상, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상을 40∼65％, 시멘타이트를 5％ 이하 함유하는 조직을 갖고, 표면으로부터 두께 방향으로 50㎛까지의 영역인 표층에 있어서, 면적률로, 페라이트상을 40∼55％, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상을 합계로 20％ 이하로 하고, 인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판.
[2] 상기 성분 조성은, 질량％로, 추가로, Sb: 0.005∼0.015％를 함유하는 성분 조성인 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판.
[3] 상기 성분 조성은, 질량％로, 추가로, Cr: 0.30％ 이하, V: 0.10％ 이하, Mo: 0.20％ 이하, Cu: 0.10％ 이하, Ni: 0.10％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 성분 조성인 [1] 또는 [2]에 기재된 고강도 강판.
[4] 상기 성분 조성은, 질량％로, 추가로, REM: 0.0010∼0.0050％를 함유하는 성분 조성인 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 고강도 강판.
[5] 인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판의 제조 방법으로서, [1], [3], [4] 중 어느 하나에 기재되고, Sb를 함유하지 않는 성분 조성을 갖는 강 소재를, Ar3점 이상의 온도에서 마무리 압연하고, 600℃ 이하의 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과, 상기 열간 압연 후에, 열연 강판을 산 세정하는 산 세정 공정과, 상기 산 세정 공정에서 산 세정된 강판을, 2℃/s 이상의 평균 가열 속도로 570℃ 이상의 온도역까지 가열하고, 강판이 760∼(Ac3－5)℃의 온도역에 있는 유지 시간(holding time)을 60초 이상으로 하고, 0.1∼8℃/s의 평균 냉각 속도로 650∼720℃의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 온도역에 있는 유지 시간을 10∼40초로 하고, 5∼50℃/s의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 400℃ 이하의 온도역에 있는 유지 시간을 200∼800초로 하는 연속 어닐링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 제조 방법.
[6] 인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판의 제조 방법으로서, [2]∼[4] 중 어느 하나에 기재되고, Sb: 0.005∼0.015％를 함유하는 성분 조성을 갖는 강 소재를, Ar3점 이상의 온도에서 마무리 압연하고, 600℃ 이하의 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과, 상기 열간 압연 후에, 열연 강판을 산 세정하는 산 세정 공정과, 상기 산 세정 공정에서 산 세정된 강판을, 2℃/s 이상의 평균 가열 속도로 570℃ 이상의 온도역까지 가열하고, 강판이 760∼(Ac3－5)℃의 온도역에 있는 유지 시간을 60초 이상으로 하고, 0.1∼8℃/s의 평균 냉각 속도로 620∼740℃의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 온도역에 있는 유지 시간을 10∼50초로 하고, 5∼50℃/s의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 400℃ 이하의 온도역에 있는 유지 시간을 200∼800초로 하는 연속 어닐링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 제조 방법.
[7] 상기 산 세정 공정 후, 상기 연속 어닐링 공정 전에, 산 세정된 열연 강판을, 냉간 압연하는 냉간 압연 공정을 갖는 [4]에 기재된 고강도 강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 인장 강도 980㎫ 이상의 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판이 얻어진다. 본 발명의 고강도 강판은, 제품 내에서의 굽힘 가공성이 안정적으로 우수하다. 이 때문에, 예를 들면, 본 발명의 고강도 강판을, 자동차 구조 부재에 이용하면, 차체 경량화에 공헌한다. 차체 경량화에 의해, 자동차의 연비가 개선되고, 또한, 부품의 수율도 높아지기 때문에, 본 발명의 산업상의 이용 가치는 현격히 크다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지 않는다.
<고강도 강판>
본 발명의 고강도 강판의 성분 조성은, 질량％로, C: 0.070∼0.100％, Si: 0.30∼0.70％, Mn: 2.20∼2.80％, P: 0.025％ 이하, S: 0.0020％ 이하, Al: 0.020∼0.060％, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010∼0.060％, Ti: 0.010∼0.030％, B: 0.0005∼0.0030％, Ca: 0.0015％ 이하를 필수 성분으로서 함유하는 성분 조성이다.
우선, 상기의 성분에 대해서 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 성분의 함유량을 나타내는 「％」는 「질량％」를 의미한다.
C: 0.070∼0.100％
C는, 소망하는 강도를 확보하고, 조직을 복합화하여 강도와 연성을 향상시키기 위해 필수의 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, C 함유량을 0.070％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 한편, C 함유량이 0.100％를 초과하면 강도 상승이 현저하여, 소망하는 굽힘 가공성이 얻어지지 않는다. 따라서, C 함유량은 0.070∼0.100％의 범위 내로 한다.
Si: 0.30∼0.70％
Si는, 강의 연성을 현저하게 저하시키는 일 없이, 강을 강화하기 위해 유효한 원소이다. 또한, Si는, 표층에 있어서의 페라이트상의 면적률, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률을 제어하기 위해 중요한 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해, Si 함유량을 0.30％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 그러나, Si 함유량이 0.70％를 초과하면 현저하게 강도가 상승하여, 소망하는 굽힘 가공성이 얻어지지 않는다. 따라서, Si 함유량은 0.30∼0.70％로 한다. 바람직하게는, 0.50∼0.70％이다. 보다 바람직하게는, 0.55∼0.70％이다.
Mn: 2.20∼2.80％
Mn은, C와 동일하게 소망하는 강도를 확보하기 위해 필수의 원소이다. 또한, Mn은 오스테나이트상을 안정화시켜, 연속 어닐링의 냉각 중에 페라이트 생성을 억제하기 위해 중요한 원소이다. 상기 효과를 얻기 위해, Mn 함유량을 2.20％ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Mn 함유량이 2.80％를 초과하면, 제2 상 조직의 면적률이 과대해져, 굽힘 가공성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 2.80％ 이하로 한다. 바람직하게는, 2.40∼2.80％이다. 보다 바람직하게는, 2.50∼2.80％이다.
P: 0.025％ 이하
P는, 강의 강화에 유효한 원소로서, 강판의 강도 레벨에 따라서 첨가해도 좋다. 이러한 효과를 얻으려면 P 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, P 함유량이 0.025％를 초과하면 용접성이 열화한다. 따라서, P 함유량은 0.025％ 이하로 한다. 또한, 보다 우수한 용접성이 요구되는 경우에는, P 함유량을 0.020％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
S: 0.0020％ 이하
S는, MnS 등의 비금속 개재물이 된다. 굽힘 시험에 있어서 비금속 개재물과 금속 조직의 계면이 갈라지기 쉬워진다. 따라서, S의 함유는 굽힘 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, S 함유량은 최대한 낮은 쪽이 좋고, 본 발명에서는 S 함유량을 0.0020％ 이하로 한다. 또한, 보다 우수한 굽힘 가공성이 요구되는 경우에는 S 함유량은 0.0015％ 이하가 바람직하다.
Al: 0.020∼0.060％
Al은, 강의 탈산을 위해 첨가되는 원소이다. 본 발명에서는 Al 함유량을 0.020％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Al 함유량이 0.060％를 초과하면 표면 성상이 열화한다. 그래서, Al 함유량은 0.020∼0.060％의 범위 내로 한다.
N: 0.0050％ 이하
N이 B와 B 질화물을 형성하면, 연속 어닐링의 냉각 중에 ??칭성을 높이는 B 함유량이 저하되고, 표층의 페라이트상의 면적률이 지나치게 증가하여, 굽힘 가공성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서, N 함유량은 가능한 한 적은 쪽이 바람직하다. 따라서, N 함유량은 0.0050％ 이하, 바람직하게는 0.0040％ 이하로 한다.
Nb: 0.010∼0.060％
Nb는, 강 중에서 탄질화물을 형성하고, 강의 고강도화 및 조직 미세화에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Nb 함유량을 0.010％ 이상으로 한다. 한편, Nb 함유량이 0.060％를 초과하면 강도 상승이 현저하여, 소망하는 굽힘 가공성이 얻어지지 않는다. 따라서, Nb 함유량은 0.010∼0.060％의 범위 내로 한다. 바람직하게는, 0.020∼0.050％이다.
Ti: 0.010∼0.030％
Ti는, Nb와 동일하게 강 중에서 탄질화물을 형성하고, 강의 고강도화 및 조직 미세화에 유효한 원소이다. 또한, Ti는, ??칭성 저감의 원인이 되는 B 질화물의 형성을 억제한다. 이러한 효과를 얻기 위해, Ti 함유량을 0.010％ 이상으로 한다. 한편, Ti 함유량이 0.030％를 초과하면 강도 상승이 현저하여, 소망하는 굽힘 가공성이 얻어지지 않는다. 따라서, Ti 함유량은 0.010∼0.030％의 범위 내로 한다. 바람직하게는, 0.012∼0.022％이다.
B: 0.0005∼0.0030％
B는, 강의 ??칭성을 높여, 연속 어닐링의 냉각 중에 페라이트 생성을 억제하기 위해 중요한 원소이다. 또한, B는, 표층의 페라이트상의 면적률을 제어하기 위해 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, B 함유량을 0.0005％ 이상으로 한다. 한편, B 함유량이 0.0030％를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간 압연, 냉간 압연에 있어서의 압연 하중의 증대도 초래한다. 따라서, B 함유량은 0.0005∼0.0030％의 범위 내로 한다. 바람직하게는, 0.0005∼0.0025％이다.
Ca: 0.0015％ 이하
Ca는, 압연 방향으로 신전(elongated)한 산화물이 된다. 굽힘 시험에 있어서 산화물과 금속 조직의 계면이 갈라지기 쉽다. 따라서, Ca의 함유는 굽힘 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, Ca 함유량은 최대한 낮은 쪽이 좋고, 본 발명에서는 Ca 함유량을 0.0015％ 이하로 한다. 또한, 보다 우수한 굽힘 가공성이 요구되는 경우에는 Ca 함유량은 0.0007％ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.0003％ 이하이다.
본 발명의 성분 조성은, 상기 성분 이외에, Sb를 함유하는 성분 조성이라도 좋다.
Sb: 0.005∼0.015％
Sb는, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. 즉, 연속 어닐링의 어닐링 과정에 있어서, Sb는 강의 표층에 농화함으로써 강의 표층에 존재하는 B 함유량의 저감을 억제한다. 이 때문에, Sb에 의해, 표층의 페라이트상의 면적률을 소망하는 범위로 제어할 수 있다. 또한, 표층에 있어서의, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률을 제어할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해, Sb 함유량을 0.005％ 이상으로 한다. 한편, Sb 함유량이 0.015％를 초과하면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, Sb의 입계 편석에 의해 인성(靭性)이 저하된다. 따라서, Sb는 0.005∼0.015％의 범위 내로 한다. 바람직하게는, 0.008∼0.012％이다.
추가로, 본 발명의 성분 조성은, 상기 성분 이외에, 임의 성분으로서, Cr, V, Mo, Cu, Ni 중으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 성분 조성이라도 좋다.
Cr, V는, 강의 ??칭성을 향상시키고, 보다 고강도화하는 목적으로 첨가할 수 있다. Mo는 강의 ??칭성 강화에 유효한 원소로서 고강도화하는 목적으로 첨가할 수 있다. Cu, Ni는 강도에 기여하는 원소로서, 강의 강화의 목적으로 첨가할 수 있다. 각각의 원소의 상한은 효과가 포화되는 양이다. 이상으로부터, 이들 원소를 첨가하여 상기 효과를 얻기 위해서는 함유량을, Cr은 0.30％ 이하, V는 0.10％ 이하, Mo는 0.20％ 이하, Cu는 0.10％ 이하, Ni는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는, Cr은 0.04∼0.30％, V는 0.04∼0.10％, Mo는 0.04∼0.20％, Cu는 0.05∼0.10％, Ni는 0.05∼0.10％이다.
또한, 본 발명의 성분 조성은, 추가로, 임의 성분으로서, REM을 함유해도 좋다. REM은, 황화물 형상을 구 형상화하여(spheroidize), 굽힘 가공성을 개선하는 목적으로 첨가된다. REM 함유량의 하한은, 소망하는 효과가 얻어지는 최저한의 양이고, 또한, 상한은 효과가 포화되는 양이다. 이상으로부터, REM을 첨가하여 상기 효과를 얻기 위해서는 함유량을, 0.0010∼0.0050％로 한다.
상기 성분 및 임의 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.
다음으로, 본 발명의 고강도 강판의 조직의 한정 이유에 대해서 설명한다. 본 발명의 고강도 강판의 조직은, 면적률로, 페라이트상을 30％ 이상, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상을 40∼65％, 시멘타이트를 5％ 이하 함유하는 조직이다. 또한, 표층에 있어서, 면적률로 페라이트상을 40∼55％ 함유하고, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률을 20％ 이하로 한다. 이들에 대해서 이하 설명한다.
페라이트상의 면적률: 30％ 이상
연성을 확보하기 위해서는, 페라이트상을 면적률 30％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 바람직하게는, 35％ 이상이다.
베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률: 40∼65％
강도를 확보하기 위해, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률을 40％ 이상으로 한다. 한편, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률이 65％를 초과하면 과도하게 강도 상승하여, 소망하는 굽힘 가공성이 얻어지지 않게 된다. 이 때문에, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률은 65％ 이하로 한다. 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률의 바람직한 범위는 45∼60％이다. 또한, 본 발명에서 말하는 베이나이트상이란, 라스(lath) 형상 페라이트의 계면을 따라 판 형상의 시멘타이트가 석출된 소위 상부 베이나이트 및, 라스 형상 페라이트 내에 시멘타이트가 미세 분산된 소위 하부 베이나이트의 양자를 포함하는 것으로 한다. 또한, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상은 주사형 전자 현미경(SEM)으로 용이하게 구별 가능하다. 또한, 마르텐사이트상과 베이나이트상의 양자를 포함하는 경우에는 합계의 면적률이 40∼65％로 하고, 합계의 면적률이 45∼60％인 것이 바람직하다.
시멘타이트의 면적률: 5％ 이하
양호한 굽힘 가공성을 확보하기 위해서는, 시멘타이트의 면적률을 5％ 이하로 할 필요가 있다. 시멘타이트의 면적률이 5％를 초과하면, 굽힘 가공성이 열화한다. 또한, 본 발명에서 말하는 시멘타이트란, 어느 금속 조직에도 포함되지 않고 단독으로 존재하는(결정립계에 존재하는) 시멘타이트이다.
또한, 페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상, 시멘타이트 이외의 조직으로서는, 잔류 오스테나이트상을 포함할 수 있다. 이 경우는, 잔류 오스테나이트상의 면적률은 5％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 그 외의 상의 면적률이 5％ 이하인 것이 바람직하기 때문에, 페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상, 시멘타이트의 합계량은 면적률로 95％ 이상인 것이 바람직하다.
페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상, 시멘타이트의 금속 조직은, 강판 압연 방향에 평행한 판두께 단면을 연마 후, 3％나이탈(nital)로 부식하고, 2000배의 배율로 10시야에 걸쳐 주사형 전자 현미경(SEM)으로 판두께 1/4 위치(상기 단면에 있어서의, 표면으로부터 판두께 방향으로 1/4의 위치)를 관찰하고, 그 화상을 Media Cybernetics사 제조의 화상 해석 소프트 "Image Pro Plus ver. 4.0"을 사용한 화상 해석 처리에 의해 해석하여, 각 상의 면적률을 구할 수 있다. 페라이트상 및 시멘타이트의 면적률은, SEM으로 촬영한 조직 사진을 이용하여 육안 판정에 의해 특정하고, 화상 해석에 의해 페라이트상 및 시멘타이트의 각각의 면적률을 구하고, 이를 화상 해석한 면적으로 나누어 각각의 면적률로 했다. 본 발명의 금속 조직은 페라이트상, 잔류 오스테나이트, 시멘타이트 이외의 잔부는 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상이기 때문에, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률은, 페라이트상, 잔류 오스테나이트, 시멘타이트 이외의 면적률로 했다. 본 발명에서 말하는 베이나이트란, 라스 형상 페라이트의 계면을 따라 판 형상의 시멘타이트가 석출된 소위 상부 베이나이트 및, 라스 형상 페라이트 내에 시멘타이트가 미세 분산된 소위 하부 베이나이트를 포함하는 것으로 했다. 잔류 오스테나이트상은, 강판을 표면으로부터 판두께 방향으로 연삭한 후, 표면으로부터 판두께 1/4 위치가 노출되도록 화학 연마에 의해 추가로 0.1㎜ 연마한 면을, X선 회절 장치로 Mo의 Kα선을 이용하여, fcc철의 (200)면, (220)면, (311)면과 bcc철의 (200)면, (211)면, (220)면의 적분 강도를 측정하고, 각각의 측정값으로부터 잔류 오스테나이트의 양을 구하여, 잔류 오스테나이트상의 면적률로 했다. 페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상, 시멘타이트의 금속 조직은, 측정 시야마다 각각의 상의 면적률을 구하여, 이들 값을 평균(10시야)내어 각각의 상의 면적률로 한다.
표면으로부터 두께 방향으로 50㎛까지의 영역인 표층 중의 페라이트상
본 발명에서는, 표면으로부터 두께 방향으로 50㎛까지의 영역인 표층에, 면적률로 페라이트상을 40∼55％ 함유한다.
표층의 페라이트상이 어떻게 되는지는, 본 발명의 고강도 강판의 양부(良否)의 중요한 지표가 된다. 구체적으로는, 표층의 페라이트상은, 굽힘 가공에 의해 강판에 부여되는 변형을 분산하는 역할을 담당한다. 효과적으로 변형을 분산하여 양호한 굽힘 가공성을 확보하기 위해서는, 표층의 페라이트상의 면적률을 40％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 한편, 표층의 페라이트상의 면적률이 55％를 초과하면, 제2 상(베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상)에 과도하게 C가 농화하여 경질화되고 페라이트와 제2 상의 경도차가 커져, 굽힘 가공성이 열화한다. 그 때문에, 표층의 페라이트상의 면적률을 55％ 이하로 한다. 상기 페라이트상의 면적률은 바람직하게는 45∼55％이다.
또한, 본 발명에서는, 표층 중에 있어서의, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률을 합계로 20％ 이하로 한다. 표층에 존재하는 상기 베이나이트상 및/또는 상기 마르텐사이트상의 면적률이 20％ 초과가 되면, 굽힘 가공 중에 입경 5㎛ 초과인 베이나이트상/또는 입경 5㎛ 초과인 마르텐사이트상과 페라이트상의 계면에서 발생한 보이드가, 가공이 진행됨에 수반하여 연결되어 굽힘 가공성이 열화한다. 그 때문에 표층에 있어서, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률은 20％ 이하(0을 포함함)로 한다. 바람직하게는 15％ 이하로 한다. 또한, 「합계로」란 한쪽밖에 포함하지 않는 경우에는 다른 한쪽은 「0」으로 하여 계산한다. 또한, 5㎛를 기준으로 한 이유는, 제2 상의 입경이 5㎛ 이하인 경우에는 페라이트와의 계면에서의 보이드 발생을 크게 억제할 수 있기 때문이다.
상기의 페라이트상의 면적률은, 강판 압연 방향에 평행한 판두께 단면을 연마 후, 3％나이탈로 부식하고, 2000배의 배율로, 부식 후의 연마면에 있어서의, 강판 표면으로부터 강판 두께 방향으로 50㎛의 영역을 10시야에 걸쳐 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하고, 그 화상을 Media Cybernetics사 제조의 화상 해석 소프트 "Image Pro Plus ver. 4.0"을 사용한 화상 해석 처리에 의해 해석하는 방법으로 구할 수 있다. 즉, 화상 해석에 의해, 페라이트상을 디지털 화상 상에서 분별하고, 화상 처리하여, 측정 시야마다 페라이트상의 면적률을 구할 수 있다. 이들 값을 평균(10시야)내어 표층의 페라이트상의 면적률로 했다.
표층에 있어서의 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 입경과 면적률은, 상기의 페라이트상을 정량화한 위치와 동(同) 위치에서, 1000∼3000배의 SEM 사진을 이용하여 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상을 특정하고, 화상 해석으로 각각의 입경(원 상당 지름)과 면적률을 산출했다. 그리고 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상에 대해서 면적률의 합계를 구했다. 면적률을 10시야에서 구하고, 이를 평균내어, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률로 했다.
<고강도 강판의 제조 방법>
고강도 강판의 제조 방법은, 열간 압연 공정과, 산 세정 공정과, 연속 어닐링 공정을 갖는다. 또한, 본 발명의 제조 방법은, 산 세정 공정과 연속 어닐링 공정의 사이에 냉간 압연 공정을 갖는 것이 바람직하다. 이하, 냉간 압연 공정을 갖는 경우에 대해서, 각 공정에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 온도는 강판 등의 표면 온도로 한다. 또한, 평균 가열 속도 및 평균 냉각 속도는 표면 온도를 기초로 계산하여 얻어진 값으로 한다. 평균 가열 속도는 ((가열 도달 온도－가열 개시 온도)/가열 시간)으로 나타난다. 산 세정 후의 강판의 온도인 가열 개시 온도는 실온이다. 평균 냉각 속도는 ((냉각 개시 온도－냉각 정지 온도)/냉각 시간)으로 나타난다.
열간 압연 공정
열간 압연 공정이란, 성분 조성을 갖는 강 소재를, Ar3점 이상의 온도에서 마무리 압연하고, 600℃ 이하의 온도에서 권취하는 공정이다. 상기 강 소재는, 상기한 성분 조성을 갖는 용강을, 전로(converter) 등을 이용하는 용제 방법으로 용제하고, 연속 주조법 등의 주조 방법으로 주조함으로써 제조할 수 있다.
마무리 압연의 종료 온도: Ar3점 이상
마무리 압연의 종료 온도가 Ar3점 미만이 되면, 강판 표층에서의 페라이트상의 조대화 등에 의해, 판두께 방향의 조직이 불균일해진다. 이 불균일이 발생하면, 연속 어닐링 후의 조직에 있어서 표층의 페라이트상의 면적률을 55％ 이하로 제어할 수 없다. 따라서, 마무리 압연의 종료 온도는 Ar3점 이상으로 한다. 상한은 특별히 한정되지 않지만, 과도하게 높은 온도에서 압연하면 스케일 흠집 등의 원인이 되기 때문에, 1000℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ar3점은 다음 식 (1)로부터 계산으로 얻어진 값을 채용한다.
Ar3＝910－310×[C]－80×[Mn]＋0.35×(t-8) … (1)
여기에서 [M]은 원소 M의 함유량(질량％)을, t는 판두께(㎜)를 나타낸다. 또한, 함유 원소에 따라서, 보정항을 도입해도 좋고, 예를 들면, Cu, Cr, Ni, Mo가 함유되는 경우에는, －20×[Cu], －15×[Cr], －55×[Ni], －80×[Mo]와 같은 보정항을 식 (1)의 우변에 더해도 좋다.
권취 온도: 600℃ 이하
권취 온도가 600℃를 초과하면, 열간 압연 후의 강판에 있어서, 금속 조직이 페라이트와 펄라이트가 되기 때문에, 연속 어닐링 후의 강판 혹은 냉간 압연한 후의 연속 어닐링 후의 강판에 있어서, 시멘타이트의 면적률이 5％ 초과인 조직이 된다. 시멘타이트의 면적률이 5％ 초과가 되면, 굽힘 가공성이 열화한다. 따라서, 권취 온도는 600℃ 이하로 한다. 또한, 열연판의 형상이 열화하기 때문에 권취 온도는 200℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
산 세정 공정
산 세정 공정이란, 열간 압연 공정에서 얻어진 열연 강판을 산 세정하는 공정이다. 산 세정 공정은, 표면에 생성한 흑피 스케일(black scale)을 제거하기 위해 행해진다. 또한, 산 세정 조건은 특별히 한정되지 않는다.
냉간 압연 공정
냉간 압연 공정이란, 산 세정된 열연 강판을 냉간 압연하는 공정이다. 본 발명에 있어서, 산 세정 공정 후 연속 어닐링 공정 전에 냉간 압연 공정을 행하는 것이 바람직하다. 냉간 압연의 압하율이 40％ 미만이 되면 페라이트상의 재결정이 진행되기 어려워져, 연속 어닐링 후의 조직에 있어서 미재결정 페라이트상이 잔존하여, 굽힘 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 냉간 압연의 압하율은 40％ 이상이 바람직하다. 또한, 냉간 압연의 압하율이 지나치게 높아 지면 압연 롤의 부하가 증대하여, 채터링(chattering)이나 판 파단(fracturing) 등의 압연 트러블을 일으키게 되기 때문에, 70％ 이하인 것이 바람직하다.
연속 어닐링 공정
연속 어닐링 공정에서는, 냉연 강판을 2℃/s 이상의 평균 가열 속도로 570℃ 이상의 온도역까지 가열하고, 냉연 강판이 760∼(Ac3－5)℃의 온도역에 있는 유지 시간을 60초 이상으로 하고, 0.1∼8℃/s의 평균 냉각 속도로 620∼740℃(Sb를 함유하지 않는 경우에 대해서는 650∼720℃)의 온도역까지 냉각하고, 냉연 강판이 당해 온도역에 있는 유지 시간을 10∼50초(Sb를 함유하지 않는 경우에 대해서는 10∼40초)로 하고, 5∼50℃/s의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도역까지 냉각하고, 냉연 강판이 당해 400℃ 이하의 온도역에 있는 유지 시간을 200∼800초로 한다. 또한, 「Sb를 함유하지 않는 경우」란, Sb 함유량이 0.0003％ 미만인 것을 의미한다.
2℃/s 이상의 평균 가열 속도로 570℃ 이상의 온도역까지 가열
가열 도달 온도가 570℃ 미만인 경우, 페라이트의 재결정 온도역에서의 가열 속도가 작아지기 때문에, 재결정이 진행되고 연속 어닐링 후의 강판 표층의 조직이 조대화하여, 굽힘 가공성이 열화하는 경우가 있다. 평균 가열 속도가 2℃/s 미만인 경우, 통상보다도 긴 노(furnace)가 필요하여 소비 에너지가 막대해져 비용 증가와 생산 효율의 악화를 일으킨다. 또한, 평균 가열 속도의 상한은, 표층의 페라이트상 면적률의 제어의 관점에서 10℃/s 이하가 바람직하다.
760∼(Ac3－5)℃의 온도역에서 60초 이상 유지
상기 「570℃ 이상의 온도까지 가열」의 후에 행해지는 이 유지는, 「570℃ 이상의 온도까지 가열」의 가열 도달 온도가 760℃ 미만인 경우에는, 이 가열 후 추가로 760℃ 이상까지 가열할 필요가 있다. 또한, 「570℃ 이상의 온도까지 가열」의 가열 도달 온도가 760℃ 이상이라도, 소망하는 온도까지 추가로 가열하여 상기 유지를 행해도 좋다. 이 추가적인 가열의 조건은 특별히 한정되지 않는다. 중요한 것은 냉연 강판이 760∼(Ac3－5)℃의 온도역에 체류하는 시간(유지 시간(holding time))이고, 유지 시간은 정온(constant temperature)에서 유지되는 시간에 한정되지 않는다.
어닐링 온도(유지 온도)가 760℃ 미만인 경우나, 어닐링 시간(유지 시간)이 60초 미만에서는, 어닐링시에 열연 과정에서 생성된 시멘타이트가 충분히 용해되지 않고, 오스테나이트상의 생성이 불충분해져, 어닐링 냉각시에 충분한 양의 제2 상(베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상)이 생성되지 않고, 강도 부족이 된다. 또한, 어닐링 온도가 760℃ 미만인 경우나, 어닐링 시간이 60초 미만에서는, 시멘타이트의 면적률이 5％를 초과하고, 표층의 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률이 20％ 초과가 되어, 굽힘 가공성이 저하된다. 한편, 어닐링 온도가 (Ac3－5)℃를 초과하면, 오스테나이트상의 입(粒)성장이 현저하고, 연속 어닐링 후의 강판의 페라이트상의 면적률이 30％ 미만이 되어, 강도가 과도하게 상승한다. 어닐링 시간의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 200초를 초과하는 유지는 효과가 포화되는 데다가, 비용이 증가하기 때문에, 어닐링(유지) 시간은 200초 이하가 바람직하다. 또한, Ac3점은 다음 식 (2)로부터 계산하여 얻어진 값을 채용한다.
Ac3＝910－203×([C])1/2－15.2×[Ni]＋44.7×[Si]＋104×[V]＋31.5×[Mo]－30×[Mn]－11×[Cr]－20×[Cu]＋700×[P]＋400×[Al]＋400×[Ti] … (2)
여기에서 [M]은 원소 M의 함유량(질량％)을 나타낸다.
0.1∼8℃/s의 평균 냉각 속도로 620∼740℃(Sb를 함유하지 않는 경우에 대해서는 650∼720℃)의 온도역까지 냉각
본 냉각은, 상기 유지 온도(760∼(Ac3－5)℃의 범위의 온도)에서 620∼740℃(Sb를 함유하지 않는 경우에 대해서는 650∼720℃)의 온도역까지, 0.1∼8℃/s의 평균 냉각 속도로 행하는 냉각이다.
우선, Sb: 0.005∼0.015％를 함유하는 경우, 평균 냉각 속도가 0.1℃/s 미만인 경우, 냉각 중에 강판의 표층에 있어서 페라이트가 과도하게 석출되고, 표층의 페라이트상의 면적률이 55％를 초과하여, 굽힘 가공성이 열화한다. 한편, 평균 냉각 속도가 8℃/s를 초과하면, 표층의 페라이트상의 면적률이 40％ 미만이 되어, 굽힘 가공성이 열화한다. 평균 냉각 속도는 바람직하게는 0.5∼5℃/s이다. 냉각 정지 온도가 620℃ 미만인 경우, 냉각 중에 강판의 표층에 있어서 페라이트가 과도하게 석출되고, 표층의 페라이트상의 면적률이 55％를 초과하여, 굽힘 가공성이 열화한다. 한편, 냉각 정지 온도가 740℃를 초과하면, 표층의 페라이트상의 면적률이 40％ 미만, 표층에 있어서의, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률이 20％ 초과가 되어, 굽힘 가공성이 열화한다. 바람직한 냉각 정지 온도의 온도역은 640∼720℃이다. 또한, Sb를 함유하지 않는 강에 대해서는, 표층의 페라이트상의 면적률을 제어하는데 있어서 상기 유지 온도를, 보다 엄밀하게 관리할 필요가 있어, 냉각 정지 온도를 650∼720℃로 할 필요가 있다. 바람직하게는, 660∼700℃이다.
냉각 정지 온도의 온도역에서 10∼50초(Sb를 함유하지 않는 강에 대해서는 10∼40초) 유지
우선, Sb: 0.005∼0.015％를 함유하는 경우, 상기 냉각 정지 온도의 온도역에서의 유지는, 본 발명의 제조 방법에 있어서 중요한 요건의 하나이다. 유지 시간이 10초 미만인 경우에는, 강판의 폭 방향에 걸쳐 표층의 페라이트 변태가 균일하게 진행되지 않고, 연속 어닐링 후의 강판의 표층의 페라이트상의 면적률이 40％ 이상 존재하는 조직이 얻어지지 않아, 굽힘 가공성이 열화한다. 유지 시간이 50초를 초과하는 경우는, 표층의 페라이트상의 면적률이 과도해지기 때문에, 페라이트상과 베이나이트상이나 마르텐사이트상의 경도차가 커져, 굽힘 가공성이 저하된다. 바람직한 상기 유지 시간은 15∼40초이다. 또한, 유지 시간이란, 냉각 정지 온도의 온도역에 냉연 강판이 체류하는 시간(유지 시간)을 의미하고, 정온에서 유지되는 시간에 한정되지 않는다. 또한, Sb를 함유하지 않는 강에 대해서는, 상기 유지 시간을 10∼40초로 할 필요가 있다. 바람직하게는, 10∼35초이다.
5∼50℃/s의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도역까지 냉각
본 냉각은, 「냉각 정지 온도의 온도역에서 10∼50초 유지」의 후, 400℃ 이하의 온도역의 냉각 정지 온도까지, 5∼50℃/s의 평균 냉각 속도로 행하는 냉각이다.
이 평균 냉각 속도 조건은, 본 발명에 있어서 중요한 요건의 하나이다. 적어도 400℃까지 소정의 평균 냉각 속도로 급랭함으로써, 페라이트상과 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률을 제어할 수 있다. 평균 냉각 속도가 5℃/s 미만인 경우는, 냉각 중에 과도하게 페라이트상이 석출되기 때문에 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률이 40％ 미만이 되어, 강도가 저하된다. 평균 냉각 속도가 50℃/s를 초과하는 경우는, 페라이트의 석출이 충분하지 않고, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상이 과도하게 석출되기 때문에 강도가 상승하여, 굽힘 가공성이 열화한다. 또한, 평균 냉각 속도가 50℃/s를 초과하는 경우, 강판 형상의 악화로도 이어진다. 그래서, 본 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도는 50℃/s 이하로 한다. 바람직하게는 10∼40℃/s의 평균 냉각 속도로 350℃ 이하의 온도역의 냉각 정지 온도까지의 냉각이다.
400℃ 이하의 온도역에서 200∼800초 유지
유지 시간이 200초 미만인 경우에는, 제2 상에 베이나이트상이 존재하는 경우, 베이나이트 변태가 진행되지 않고, 연속 어닐링 후의 강판의 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률이 40％ 이상이 되지 않아, 강도 확보가 곤란해진다. 또한, 제2 상에 베이나이트상이 존재하지 않는 경우에 있어서는, 본 발명에 있어서는 제2 상에 마르텐사이트상을 포함할 필요가 있고, 이 경우에 유지 시간이 200℃ 미만에서는 마르텐사이트상의 템퍼링이 불충분해져, 마르텐사이트상의 가공성이 부족하기 때문에 굽힘 가공성이 열화한다. 유지 온도가 400℃를 초과하는 경우는, 시멘타이트의 면적률이 5％를 초과하여, 굽힘 가공성이 저하된다. 유지 시간이 800초를 초과하는 경우는, 마르텐사이트상의 템퍼링이 과도하게 진행되기 때문에 강도가 저하된다. 바람직한 조건은, 350℃ 이하의 온도역에서 300∼650초 유지이다. 또한, 유지 시간이란, 상기의 온도역에 냉연 강판이 체류하는 시간(유지 시간)을 의미하고, 정온에서 유지되는 시간에 한정되지 않는다.
이상에 의해, 본 발명의 인장 강도 980㎫ 이상의 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판이 얻어진다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 가열 처리, 냉각 처리에서는, 전술한 온도 범위 내이면 유지 온도는 일정할 필요는 없고, 또한 냉각 속도나 가열 속도가 냉각 중이나 가열 중에 변화한 경우에 있어서도, 규정의 냉각 속도, 가열 속도의 범위 내이면 문제없다. 또한, 열 처리에서는 소망하는 열 이력이 만족되면, 어떠한 설비를 이용하여 열 처리가 실시되어도, 본 발명의 취지를 손상시키는 것은 아니다. 더하여, 형상 교정을 위해 조질 압연을 실시하는 것도 본 발명 범위에 포함된다. 조질 압연에서는 신장률로 0.3％ 이하가 바람직하다. 본 발명에서는, 강 소재를 통상의 제강, 주조, 열연의 각 공정을 거쳐 제조하는 경우를 상정하고 있지만, 예를 들면, 박슬래브 주조(thin-slab casting) 등에 의해 열연 공정의 일부 혹은 전부를 생략하여 제조하는 경우도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 발명에 있어서, 얻어진 고강도 강판에 화성 처리 등의 각종 표면 처리를 실시해도 본 발명의 효과를 손상시키는 것은 아니다.
실시예
이하, 본 발명을, 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다.
표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 강 소재(슬래브)를 출발 소재로 했다. 이들 강 소재를, 표 2(표 2-1과 표 2-2를 합쳐 표 2로 함), 표 3(표 3-1과 표 3-2를 합쳐 표 3으로 함)에 나타내는 가열 온도로 가열한 후, 표 2, 표 3에 나타내는 조건으로, 열간 압연하고, 산 세정한 후, 이어서 냉간 압연, 연속 어닐링을 실시했다. 일부의 강판(강판 No. 5)에 대해서는, 냉간 압연을 실시하지 않았다.
이상에 의해 얻어진 냉연 강판(No. 5의 경우는 강판)에 대하여, 조직 관찰, 인장 특성, 굽힘 가공성에 대해서, 평가했다. 측정 방법을 하기에 나타낸다.
(1) 조직 관찰
페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상, 시멘타이트의 금속 조직은, 강판 압연 방향으로 평행한 판두께 단면을 연마 후, 3％나이탈로 부식하고, 2000배의 배율로 10시야에 걸쳐 주사형 전자 현미경(SEM)으로 판두께 1/4 위치를 관찰하고, 그 화상을 Media Cybernetics사 제조의 화상 해석 소프트 "Image Pro Plus ver. 4.0"을 사용한 화상 해석 처리에 의해 해석하여, 각 상의 면적률을 구할 수 있다. 페라이트상 및 시멘타이트의 면적률은, SEM으로 촬영한 조직 사진을 이용하여 육안 판정에 의해 특정하고, 화상 해석에 의해 페라이트상 및 시멘타이트의 각각의 면적률을 구하고, 이를 화상 해석한 면적으로 나누어 각각의 면적률로 했다. 본 발명의 금속 조직은 페라이트상, 잔류 오스테나이트, 시멘타이트 이외의 잔부는 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상이기 때문에, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률은, 페라이트상, 잔류 오스테나이트, 시멘타이트 이외의 면적률로 했다. 본 발명에서 말하는 베이나이트란, 라스 형상 페라이트의 계면을 따라 판 형상의 시멘타이트가 석출된 소위 상부 베이나이트 및, 라스 형상 페라이트 내에 시멘타이트가 미세 분산된 소위 하부 베이나이트를 포함하는 것으로 했다. 잔류 오스테나이트상은, 강판을 표면으로부터 판두께 방향으로 연삭한 후, 표면으로부터 판두께 1/4 위치가 노출되도록 화학 연마에 의해 추가로 0.1㎜ 연마한 면을, X선 회절 장치로 Mo의 Kα선을 이용하여, fcc철의 (200)면, (220)면, (311)면과 bcc철의 (200)면, (211)면, (220)면의 적분 강도를 측정하고, 각각의 측정값으로부터 잔류 오스테나이트의 양을 구하여, 잔류 오스테나이트상의 면적률로 했다. 페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상, 시멘타이트의 금속 조직은, 측정 시야마다 각각의 상의 면적률을 구하여, 이들 값을 평균(10시야)내어 각각의 상의 면적률로 한다.
표층의 페라이트상 등의 면적률
상기의 페라이트상의 면적률은, 강판 압연 방향에 평행한 판두께 단면을 연마 후, 3％나이탈로 부식하고, 2000배의 배율로, 부식 후의 연마면에 있어서의, 표면으로부터 두께 방향으로 50㎛의 영역을 10시야에 걸쳐 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하고, 그 화상을 Media Cybernetics사 제조의 화상 해석 소프트 "Image Pro Plus ver. 4.0"을 사용한 화상 해석 처리에 의해 해석하여, 페라이트상의 면적률을 구할 수 있다. 즉, 화상 해석에 의해, 페라이트상을 디지털 화상 상에서 분별하고, 화상 처리하여, 측정 시야마다 페라이트상의 면적률을 구할 수 있다. 이들 값을 평균(10시야)내어 표층의 페라이트상의 면적률로 했다.
표층에 있어서의 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 입경과 면적률은, 상기의 페라이트상을 정량화한 위치와 동 위치에서, 1000∼3000배의 SEM 사진을 이용하여 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상을 특정하고, 화상 해석으로 각각의 입경(원 상당 지름)과 면적률을 산출했다. 그리고 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상에 있어서 면적률의 합계를 구했다. 상기 면적률을 10시야에서 구하고, 이를 평균내어, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률로 했다.
(2) 인장 특성
얻어진 강판의 압연 방향에 대하여 직각 방향으로부터 JIS5호 인장 시험편을 채취하고, 인장 시험(JIS Z2241(2011))을 실시했다. 인장 시험은 파단까지 실시하여, 인장 강도, 파단 신장(연성)을 구했다. 본 발명에서는 굽힘 가공성과 함께 강도와 연성의 밸런스가 우수하고, 강도(TS)와 연성(El)의 곱으로 13500㎫·％ 이상이 얻어지고, 그 경우에 연성이 양호라고 판단하고 있다. 바람직하게는 14000㎫·％ 이상이다.
(3) 굽힘 가공성
굽힘 가공성의 평가는, JIS Z 2248에 규정된 V 블록법에 기초하여 실시했다. 여기에서, 굽힘 시험은, 압연 방향이 굽힘 능선이 되는 방향에서 실시했다. 평가용 샘플은, 강판의 폭 방향의 판폭(w)으로 1/8w, 1/4w, 1/2w, 3/4w, 7/8w의 5개소에서 채취했다. 굽힘 시험에서는 굽힘부의 외측에 대해서 균열의 유무를 육안으로 확인하고, 균열이 발생하지 않는 최소의 굽힘 반경을 한계 굽힘 반경으로 했다. 본 발명에서는 5개소의 한계 굽힘 반경을 평균내어 강판의 한계 굽힘 반경으로 했다. 표 2, 표 3에서는, 한계 굽힘 반경/판두께(R/t)를 기재했다. 본 발명에서는 R/t가 2.0 이하를 양호로 판단하고 있다. 또한, 강판의 폭 방향에 있어서의 굽힘 가공성의 불균일이 크면, 폭 방향의 소정의 위치에서 한계 굽힘 반경이 커지고, 한계 굽힘 반경/판두께(R/t)도 커지기 때문에, 강판의 폭 방향에 있어서의 굽힘 가공성의 불균일을 한계 굽힘 반경/판두께(R/t)로 평가할 수 있다.
이상에 의해 얻어진 결과를 조건과 아울러 표 2, 표 3에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2-1]
Figure pct00002
[표 2-2]
Figure pct00003
[표 3-1]
Figure pct00004
[표 3-2]
Figure pct00005
표 2 및 표 3으로부터, 조직으로서, 면적률이 30％ 이상인 페라이트상과, 면적률이 40∼65％인 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상과, 면적률이 5％ 이하인 시멘타이트를 갖고, 표층의 페라이트상의 면적률이 40∼55％, 표층의 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상의 면적률을 합계로 20％ 이하인 본 발명예에서는, 굽힘 가공성이 양호하다.
한편, 비교예에서는, 강도, 굽힘 가공성 중 어느 하나 이상이 낮다. 특히, 성분 조성이 적절하지 않은 비교예는, 페라이트상의 면적률, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상의 면적률, 시멘타이트의 면적률, 표층의 페라이트상의 면적률, 표층의 입경 5㎛ 초과의 베이나이트상 및/또는 입경 5㎛ 초과의 마르텐사이트상의 면적률을 적정화해도 강도 및 굽힘 가공성은 개선되지 않는 것을 알 수 있다.
본 발명의 고강도 강판은, 굽힘 가공성이 우수하고, 자동차의 차체 그 자체를 경량화 또한 고강도화하기 위한 강판으로서 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 질량％로, C: 0.070∼0.100％, Si: 0.30∼0.70％, Mn: 2.20∼2.80％, P: 0.025％ 이하, S: 0.0020％ 이하, Al: 0.020∼0.060％, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010∼0.060％, Ti: 0.010∼0.030％, B: 0.0005∼0.0030％, Ca: 0.0015％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
    면적률로, 페라이트상을 30％ 이상, 베이나이트상 및/또는 마르텐사이트상을 40∼65％, 시멘타이트를 5％ 이하 함유하는 조직을 갖고,
    표면으로부터 두께 방향으로 50㎛까지의 영역인 표층에 있어서, 면적률로, 페라이트상을 40∼55％, 입경이 5㎛ 초과인 베이나이트상 및/또는 입경이 5㎛ 초과인 마르텐사이트상을 합계로 20％ 이하로 하고,
    인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 질량％로, 추가로, Sb: 0.005∼0.015％를 함유하는 성분 조성인 것을 특징으로 하는 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 질량％로, 추가로, Cr: 0.30％ 이하, V: 0.10％ 이하, Mo: 0.20％ 이하, Cu: 0.10％ 이하, Ni: 0.10％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 성분 조성인 고강도 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 질량％로, 추가로, REM: 0.0010∼0.0050％를 함유하는 성분 조성인 고강도 강판.
  5. 인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판의 제조 방법으로서,
    제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 기재되고, Sb를 함유하지 않는 성분 조성을 갖는 강 소재를, Ar3점 이상의 온도에서 마무리 압연하고, 600℃ 이하의 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과,
    상기 열간 압연 후에, 열연 강판을 산 세정하는 산 세정 공정과,
    상기 산 세정 공정에서 산 세정된 강판을, 2℃/s 이상의 평균 가열 속도로 570℃ 이상의 온도역까지 가열하고, 강판이 760∼(Ac3－5)℃의 온도역에 있는 유지 시간을 60초 이상으로 하고, 0.1∼8℃/s의 평균 냉각 속도로 650∼720℃의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 온도역에 있는 유지 시간을 10∼40초로 하고, 5∼50℃/s의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 400℃ 이하의 온도역에 있는 유지 시간을 200∼800초로 하는 연속 어닐링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 제조 방법.
  6. 인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판의 제조 방법으로서,
    제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재되고, Sb: 0.005∼0.015％를 함유하는 성분 조성을 갖는 강 소재를, Ar3점 이상의 온도에서 마무리 압연하고, 600℃ 이하의 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과,
    상기 열간 압연 후에, 열연 강판을 산 세정하는 산 세정 공정과,
    상기 산 세정 공정에서 산 세정된 강판을, 2℃/s 이상의 평균 가열 속도로 570℃ 이상의 온도역까지 가열하고, 강판이 760∼(Ac3－5)℃의 온도역에 있는 유지 시간을 60초 이상으로 하고, 0.1∼8℃/s의 평균 냉각 속도로 620∼740℃의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 온도역에 있는 유지 시간을 10∼50초로 하고, 5∼50℃/s의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도역까지 냉각하고, 강판이 당해 400℃ 이하의 온도역에 있는 유지 시간을 200∼800초로 하는 연속 어닐링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 산 세정 공정 후, 상기 연속 어닐링 공정 전에, 산 세정된 열연 강판을, 냉간 압연하는 냉간 압연 공정을 갖는 고강도 강판의 제조 방법.
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